EP2910847B1 - Light module of a motor vehicle headlight and headlight with such a light module - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solches Lichtmodul ist aus der
Ferner betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug. Der Scheinwerfer umfasst ein Gehäuse mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossenen Lichtaustrittsöffnung und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes Lichtmodul, das die oben genannten Merkmale aufweist.The invention further relates to a headlight for a motor vehicle. The headlight comprises a housing with a light exit opening closed by a transparent cover plate and at least one light module arranged in the housing and having the above-mentioned features.
Ein in der
Das in der
Mit dem in der
Die Sekundäroptik kann derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen ohne Überlappung der sekundären Lichtverteilungen unmittelbar aneinander grenzen. Wenn eine der Halbleiterlichtquellen deaktiviert ist, wird der Bereich der nicht vorhandenen entsprechenden sekundären Lichtverteilung in der resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls durch relativ scharfe vertikale Helldunkelgrenzen der ausgeleuchteten sekundären Lichtverteilungen der aktivierten benachbarten Halbleiterlichtquellen begrenzt. Dieser große Gradient der Beleuchtungsstärke kann von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs als subjektiv störend empfunden werden.The secondary optics can be designed in such a way that the secondary light distributions imaged by them on the roadway in front of the motor vehicle directly adjoin one another without overlapping the secondary light distributions. If one of the semiconductor light sources is deactivated, the area of the corresponding secondary light distribution not present in the resulting light distribution of the light module is limited by relatively sharp vertical chiaroscuro limits of the illuminated secondary light distributions of the activated adjacent semiconductor light sources. This large gradient of the illuminance can be perceived by a driver of the motor vehicle as subjectively disturbing.
Alternativ ist es in der
Sammellinsen-Arrays eignen sich am besten als Primäroptiken, da sie nur geringe Anforderungen an Werkstoffe, Formteil- und Positionierungsgenauigkeiten stellen. Bei der Verwendung von Sammellinsen-Arrays genügen vergleichsweise kleine Sekundäroptiken. Damit lassen sich auch die Aberrationen der Sekundäroptik klein halten. Voraussetzung dafür ist allerdings eine relativ große Blendenzahl (Verhältnis der Brennweite zum Durchmesser der wirksamen Eintrittsfläche der Sekundäroptik). Bei Linsensystemen sind die Aberrationen vor allem Farbfehler, während es bei Reflexionssystemen mit kleinen Blendenzahlen vor allem Koma sind.Lenticular arrays are best suited as primary optics because they only place low demands on materials, molded part and positioning accuracy. Comparatively small secondary optics are sufficient when using convergent lens arrays. The aberrations of the secondary optics can thus be kept small. A prerequisite for this, however, is a relatively large f-number (ratio of the focal length to the diameter of the effective entry surface of the secondary optics). In the case of lens systems, the aberrations are primarily color errors, while in the case of reflection systems with small f-numbers, they are primarily coma.
Ein Nachteil der als Sammellinsen-Array ausgebildeten Primäroptiken besteht darin, dass ein Öffnungswinkel des abgestrahlten Lichtbündels in Bezug auf eine optische Achse der Sekundäroptik in alle Richtungen in etwa gleich groß ist, sich also nur wenig variieren lässt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass eine Vergrößerung der Licht emittierenden Fläche der Halbleiterlichtquellen bei einer Linse, die dicht vor der Lichtquelle angeordnet ist, in horizontaler und vertikaler Richtung ähnlich groß ist. Eine anamorphotische Vergrößerung der primären Lichtverteilungen ist nur in sehr engen Grenzen möglich. Da die vertikale Ausdehnung streifenförmiger Matrix-Lichtverteilungen aber ein Mehrfaches von deren Breite beträgt, wäre es wünschenswert, die Vergrößerung der Licht emittierenden Flächen der Halbleiterlichtquellen den streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen anzupassen, die ausgeleuchteten Flächen auf den Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken also vertikal stärker zu vergrößern als horizontal.A disadvantage of the primary optics designed as a converging lens array is that an opening angle of the emitted light beam with respect to an optical axis of the secondary optics is approximately the same size in all directions, that is to say it can be varied only slightly. In other words, an enlargement of the light-emitting area of the semiconductor light sources in a lens that is arranged close to the light source is similar in the horizontal and vertical directions. Anamorphic enlargement of the primary light distributions is only possible within very narrow limits. However, since the vertical extent of strip-shaped matrix light distributions is a multiple of their width, it would be desirable to increase the light-emitting areas of the semiconductor light sources to the strip-shaped secondary ones Adapt light distributions, i.e. to enlarge the illuminated areas on the light exit surfaces of the primary optics more vertically than horizontally.
Nach der Helmholtz-Lagrangeschen Invariante könnte man mit dieser Maßnahme den Abstrahlwinkel der Primäroptiken im Vertikalschnitt deutlich reduzieren, wodurch sich die vertikale Ausdehnung, d.h. die Höhe, der Sekundäroptik in umgekehrter Weise verringern ließe:
- y, y' die Objekt- bzw. Bildgröße,
- σ,σ' der objekt- bzw. bildseitige Öffnungswinkel, und
- n, n' der objekt- bzw. bildseitige Brechungsindex ist.
- y, y 'the object or image size,
- σ, σ ' the opening angle on the object or image side, and
- n, n 'is the refractive index on the object or image side.
Darüber hinaus gibt es bei den bekannten Matrix-Fernlichtmodulen aufgrund der notwendigen großen Brennweiten der Sekundäroptiken Probleme mit der Baulänge des Lichtmoduls. Die langen Brennweiten ergeben sich dabei aus der geforderten Breite/ Teilung der erzeugten Matrix-Lichtverteilungen einerseits und der Teilung der Halbleiterlichtquellen/ Primäroptiken andererseits. Die Breite der Lichtverteilungen richtet sich weitgehend nach der gewünschten Auflösung und Performance des Lichtmoduls, während die Teilung der Primäroptiken vornehmlich durch die geforderten Mindestabstände und Bauteilgrößen der Halbleiterlichtquellen vorgegeben ist.In addition, there are problems with the overall length of the light module in the known matrix high-beam modules due to the large focal lengths of the secondary optics required. The long focal lengths result from the required width / division of the generated matrix light distributions on the one hand and the division of the semiconductor light sources / primary optics on the other. The width of the light distribution largely depends on the desired resolution and performance of the light module, while the division of the primary optics is primarily determined by the required minimum distances and component sizes of the semiconductor light sources.
Aus diesem Grund wurde im Stand der Technik bereits angedacht, den Strahlengang durch einen Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma zu falten, um so die kritische Baulänge der Lichtmodule zu reduzieren. Umlenkspiegel oder -prismen verursachen jedoch zusätzliche Lichtstromverluste im Strahlengang.For this reason, it has already been considered in the prior art to fold the beam path by means of a deflecting mirror or a deflecting prism, in order to reduce the critical overall length of the light modules. Deflecting mirrors or prisms, however, cause additional luminous flux losses in the Beam path.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul zur Erzeugung von mindestens zwei in mindestens einer Linie unmittelbar aneinandergrenzenden oder überlappenden streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen zu realisieren, bei dem die mindestens zwei aneinandergrenzenden sekundären Lichtverteilungen von mehreren Halbleiterlichtquellen oder Lichtquellengruppen gebildet werden, und bei dem die Bauhöhe der Sekundäroptik ohne wesentliche Lichtstromverluste reduziert werden kann. Ferner soll das Lichtmodul bei vergleichbaren Leistungsdaten (z.B. Auflösung, maximale Beleuchtungsstärke, etc.) gegenüber bekannten Lichtmodulen eine geringere Baulänge aufweisen.Starting from the described prior art, the present invention is therefore based on the object of realizing a light module for generating at least two strip-shaped secondary light distributions which are directly adjacent or overlapping in at least one line, in which the at least two adjacent secondary light distributions from a plurality of semiconductor light sources or light source groups be formed, and in which the height of the secondary optics can be reduced without significant loss of luminous flux. Furthermore, with comparable performance data (e.g. resolution, maximum illuminance, etc.), the light module should have a shorter overall length than known light modules.
Diese Aufgabe wird mit der Summe der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass im Strahlengang des Lichtmoduls zwischen den Primäroptiken und der Sekundäroptik eine Zylinderoptik angeordnet ist, die in Horizontalschnitten im Wesentlichen keine Brechkraft aufweist und in Vertikalschnitten Licht sammelnde Eigenschaften aufweist.This object is achieved with the sum of the features of
Als eine Zylinderoptik im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Optik verstanden, die in den Horizontalschnitten keine Brechkraft oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft aufweist, bei der also die horizontalen Schnittkurven zumindest näherungsweise Geraden sind, und die in den Vertikalschnitten sammelnd wirkt, also ein Sammellinsenprofil oder ein Hohlspiegelprofil aufweist. Die vertikalen Schnittkurven müssen nicht zwangsläufig kreisförmig sein. Ferner müssen die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt nicht in einer Zylinderachse zusammenfallen.A cylinder optic in the sense of the present invention is an optic that has no refractive power in the horizontal sections or at most a very low refractive power, in which the horizontal section curves are at least approximately straight lines, and that has a collecting effect in the vertical sections, i.e. a converging lens profile or has a concave mirror profile. The vertical intersection curves do not necessarily have to be circular. Furthermore, the centers of curvature in the vertical section do not have to coincide in a cylinder axis.
Die Zylinderoptik kann den Öffnungswinkel der Lichtbündel aus den Primäroptiken im Vertikalschnitt deutlich reduzieren, so dass auch die Bauhöhe der Sekundäroptik in einem entsprechenden Maße verringert werden kann. Die Sekundäroptik fokussiert über die Zylinderoptik auf die Lichtaustrittsflächen des Primäroptik-Arrays. Die Zylinderoptik bewirkt eine anamorphotische Vergrößerung der primären Lichtverteilungen auf den Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken, so dass sekundäre Lichtverteilungen (sog. Pixel) entstehen, deren Höhe ein Mehrfaches der jeweiligen Pixelbreite betragen kann. Im Gegenzug kann die Höhe der Sekundäroptik in etwa in dem gleichen Maße reduziert werden. Dies kommt insbesondere gängigen Lichtmodul- und Scheinwerferdesigns entgegen, die häufig besonders flache und breite Linsen und/oder Reflektoren als Sekundäroptiken erfordern. Dies ist u.a. eine Folge der zunehmend stromlinienförmigen Fahrzeugfronten, um eine Kraftstoffeinsparung und geringe Fahrtwindgeräusche zu erzielen.The cylinder optics can significantly reduce the opening angle of the light beams from the primary optics in vertical section, so that the overall height of the secondary optics can also be reduced to a corresponding extent. The secondary optics focus on the light exit surfaces of the primary optics array via the cylinder optics. The cylindrical optics cause an anamorphic enlargement of the primary light distributions on the light exit surfaces of the primary optics, so that secondary light distributions (so-called pixels) arise, the height of which can be a multiple of the respective pixel width. In return, the height of the secondary optics can be reduced to approximately the same extent. This is particularly suitable for common light module and headlight designs, which often require particularly flat and wide lenses and / or reflectors as secondary optics. This includes a result of the increasingly streamlined vehicle fronts in order to achieve fuel savings and low wind noise.
Auf diese Weise können gegenüber bekannten Lichtmodulen ohne Zylinderoptik erfindungsgemäße Lichtmodule mit etwa zwei bis fünf Mal niedrigeren Sekundäroptiken nahezu ohne Einbußen beim optischen Wirkungsgrad realisiert werden. Lediglich die Reflexions- und/oder Transmissionsverluste an der Zylinderoptik müssen bei der Berechnung des Wirkungsgrads zusätzlich berücksichtigt werden. Diese Verluste liegen aber deutlich unterhalb der Verluste von bekannten Lichtmodulen, bei denen Umlenkspiegel oder -prismen im Strahlengang angeordnet sind.In this way, compared to known light modules without cylinder optics, light modules according to the invention with secondary optics that are about two to five times lower can be realized with almost no loss in optical efficiency. Only the reflection and / or transmission losses on the cylinder optics must be taken into account when calculating the efficiency. However, these losses are clearly below the losses of known light modules in which deflecting mirrors or prisms are arranged in the beam path.
Es ist denkbar, dass die Zylinderoptik in einem Vertikalschnitt kreisförmige Schnittkurven auf und die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt fallen in einer Zylinderachse zusammen. Dies beschreibt den Spezialfall einer "echten" Zylinderlinse bzw. eines "echten" Zylinderreflektors mit konstanter Krümmung über die gesamte Fläche und einer gemeinsamen Zylinderachse.It is conceivable for the cylinder optics to have circular intersection curves in a vertical section and the centers of curvature in the vertical section to coincide in a cylinder axis. This describes the special case of a "real" cylinder lens or a "real" cylinder reflector with constant curvature over the entire surface and a common cylinder axis.
Wenn als Zylinderoptik ein zylindrischer Hohlspiegel verwendet wird, lässt sich mit diesem Spiegel gleichzeitig der Strahlengang falten, bspw. indem die optische Achse in einer Horizontal- und/oder Vertikalebene gefaltet wird. Auf diese Weise kann die Baulänge der Optik deutlich reduziert werden. Eine als Zylinderreflektor ausgebildete Zylinderoptik kann ein zumindest abschnittsweise parabolisches Profil aufweisen.If a cylindrical concave mirror is used as the cylinder optics, the beam path can be folded simultaneously with this mirror, for example by folding the optical axis in a horizontal and / or vertical plane. In this way, the overall length of the optics can be significantly reduced. A cylinder optic designed as a cylinder reflector can have an at least partially parabolic profile.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindungen können den Unteransprüchen entnommen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- Fig. 1b
- ein Detail Z der Halbleiterlichtquellen und der Primäroptiken des Lichtmoduls aus
Figur 1a ; - Fig. 2
- ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
- Fig. 3
- ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
- Fig. 4
- einen Vertikalschnitt durch das Lichtmodul aus
Figur 1a ; - Fig. 5
- einen Vertikalschnitt durch das
Lichtmodul aus Figur 2 ; - Fig. 6
- einen Vertikalschnitt durch ein Lichtmodul gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
- Fig. 7a
- eine primäre Lichtverteilung als ausgeleuchtete Lichtaustrittsfläche einer Primäroptik eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
- Fig. 7b
- die ausgeleuchtete Fläche aus
Fig. 7a nach einer Vergrößerung durch eine Zylinderoptik des erfindungsgemäßen Lichtmoduls; - Fig. 8
- einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
- Fig. 9
- eine Ersatzlichtquellenanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform wie sie in dem erfindungsgemäßen Lichtmodul verwendet werden kann.
- Fig. 1a
- an inventive light module according to a first preferred embodiment;
- Fig. 1b
- a detail Z of the semiconductor light sources and the primary optics of the light module
Figure 1a ; - Fig. 2
- an inventive light module according to a second preferred embodiment;
- Fig. 3
- an inventive light module according to a third preferred embodiment;
- Fig. 4
- a vertical section through the light module
Figure 1a ; - Fig. 5
- a vertical section through the light module
Figure 2 ; - Fig. 6
- a vertical section through a light module according to a fourth preferred embodiment;
- Fig. 7a
- a primary light distribution as an illuminated light exit surface of a primary optics of a light module according to the invention;
- Fig. 7b
- the illuminated area
Fig. 7a after an enlargement by a cylinder optics of the light module according to the invention; - Fig. 8
- a headlight according to the invention for a motor vehicle according to a preferred embodiment; and
- Fig. 9
- an alternative light source arrangement in a preferred embodiment as it can be used in the light module according to the invention.
In
Ferner ist im Inneren des Gehäuses 2 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7 angeordnet, das zur Realisierung einer Fernlichtverteilung durch eine Überlagerung mehrerer streifenförmiger sekundärer Lichtverteilungen jeweils mit einer im Wesentlichen vertikalen Längserstreckung ausgebildet ist (nachfolgend auch als Streifenfernlicht bezeichnet). Durch gezieltes Dimmen oder Ausschalten von einzelnen streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen können Bereiche der Fernlichtverteilung ausgeblendet werden, in denen andere Verkehrsteilnehmer detektiert wurden, um deren Blendung zu verhindern (sog. blendungsfreies Fernlicht oder Teilfernlicht). Das durch das Lichtmodul 7 erzeugte Fernlicht kann eines von mehreren Lichtverteilungen sein, die durch das Lichtmodul 7 erzeugt werden können. Ebenso ist es denkbar, dass die von dem Lichtmodul 7 erzeugte Fernlichtverteilung nur einen Teil einer die gesetzlichen Anforderungen erfüllenden Lichtverteilung ist, wobei ein anderer Teil der die gesetzlichen Anforderungen erfüllenden Lichtverteilung durch mindestens ein anderes Lichtmodul, bspw. das Lichtmodul 8, des Scheinwerfers 1 erzeugt werden kann. So wäre es bspw. denkbar, dass die von dem Lichtmodul 7 erzeugte Lichtverteilung ein Fernlicht-Spot ist, während das Lichtmodul 8 eine Fernlicht-Grundverteilung erzeugt. Eine Überlagerung der beiden Fernlicht-Teillichtverteilungen (Spot und Grundlicht) erzeugt ein Fernlicht, das die gesetzlichen Anforderungen erfüllt und/oder für eine besonders effiziente Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug sorgt. Selbstverständlich wäre es denkbar, dass bereits die durch das Lichtmodul 7 erzeugte Lichtverteilung die gesetzlichen Anforderungen an ein Fernlicht erfüllt, durch die Überlagerung mit der durch das Lichtmodul 8 erzeugten Teil-Lichtverteilung jedoch eine subjektiv und/oder objektiv bessere Ausleuchtung mit Fernlicht realisiert werden kann.Furthermore, inside the
Ein erstes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7 ist in
Ferner umfasst das Lichtmodul 7 mehrere den Halbleiterlichtquellen 10 zugeordnete und ebenfalls matrixartig nebeneinander angeordnete Primäroptiken 12 zum Bündeln zumindest eines Teils des von den Halbleiterlichtquellen 10 ausgesandten Lichts und zum Erzeugen einer primären Lichtverteilung 15 (vgl.
Des Weiteren umfasst das Lichtmodul 7 eine gemeinsame Sekundäroptik, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Projektionslinse 18 ausgebildet ist. Mittels der Linse 18 werden die primären Lichtverteilungen 15, die auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 dargestellt sind, als streifenförmige sekundäre Lichtverteilungen 19 auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet. Die sekundären Lichtverteilungen 19 gemeinsam ergeben einen ausgeleuchteten Fernbereich. Das Lichtmodul 7 dient also zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung 21.Furthermore, the
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die sekundären Lichtverteilungen 19 nicht auf der Fahrbahn, sondern auf einer in einem Abstand zu dem Lichtmodul 7 angeordneten, vertikal ausgerichteten Messschirm 20 abgebildet. Bei Verwendung von mehreren, lediglich in einer Reihe nebeneinander angeordneten Lichtquellen 10 und entsprechend angeordneten Primäroptiken 12 umfasst jede der sekundären Lichtverteilungen 19 die gesamte dargestellte vertikale Erstreckung. Es ist deutlich zu erkennen, dass die resultierende Fernlichtverteilung 21 aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten vertikal ausgerichteten, streifenförmigen (mit im Wesentlichen vertikaler Längserstreckung) sekundären Lichtverteilungen 19 zusammengesetzt ist. In dem dargestellten Beispiel sind zehn sekundäre Lichtverteilungen 19 nebeneinander angeordnet. Die innerhalb der Lichtverteilungen 19 dargestellten Linien 22 sind Bereiche gleicher Beleuchtungsstärke (sog. Isoluxlinien). Die sekundären Lichtverteilungen 19 haben vorzugsweise jeweils im Bereich der Horizontalebene 11 ihre größten Beleuchtungsstärkewerte. Nach oben bzw. unten hin fallen die Beleuchtungsstärkewerte innerhalb einer streifenförmigen sekundären Lichtverteilung 19 ab.In the exemplary embodiment shown, the secondary
Auf dem Messschirm 20 ist eine horizontale Linie HH eingezeichnet, die einer Schnittlinie der Horizontalebene 11 mit dem Messschirm 20 entspricht. Dementsprechend ist eine vertikale Linie VV auf dem Messschirm 20 eingezeichnet, die einer Schnittlinie einer vertikalen Mittelebene 23 mit dem Messschirm 20 entspricht. Eine Schnittlinie der Horizontalebene 11 und der Vertikalebene 23 entspricht einer optischen Achse 24 der Sekundäroptik 18 bzw. in diesem Fall des gesamten Lichtmoduls 7. Es ist deutlich zu erkennen, dass ein Großteil der resultierenden Lichtverteilung 21 oberhalb der Horizontalen HH liegt, d.h. es wird ein Fernbereich vor dem Kraftfahrzeug ausgeleuchtet.A horizontal line HH is drawn on the
Eine jede sekundäre Lichtverteilung 19 wird durch das Licht einer der Halbleiterlichtquellen 10 erzeugt, nachdem es von der entsprechenden Primäroptik 12 gebündelt und von der Sekundäroptik 18 auf dem Messschirm 20 abgebildet worden ist. Durch gezieltes Ausschalten einzelner Lichtquellen 10 können einzelne sekundäre Lichtverteilungen 19 gezielt aus der resultierenden Fernlichtverteilung 21 herausgenommen werden. Es können bspw. solche Lichtquellen 10 deaktiviert werden, in deren entsprechender sekundärer Lichtverteilung 19 ein anderer Verkehrsteilnehmer (z.B. vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug) detektiert worden ist. Auf diese Weise wird eine optimale Ausleuchtung des Fahrbahnbereichs vor dem Kraftfahrzeug (üblicherweise mit Fernlicht) erzielt und gleichzeitig sichergestellt, dass die detektierten anderen Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden.Each secondary
Die Sekundäroptik 18 kann derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn (oder dem Messschirm 20) vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen 19 ohne Überlappung unmittelbar aneinander grenzen. Wenn eine der Halbleiterlichtquellen 10 deaktiviert ist, wird der Bereich der nicht vorhandenen entsprechenden sekundären Lichtverteilung 19 in der resultierenden Lichtverteilung 21 des Lichtmoduls durch relativ scharfe vertikale Helldunkelgrenzen 19a der ausgeleuchteten sekundären Lichtverteilungen 19 der aktivierten benachbarten Halbleiterlichtquellen 10 begrenzt. Dieser große Gradient der Beleuchtungsstärke kann von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs als subjektiv störend empfunden werden. Ferner kann die Sekundäroptik 18 derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn (oder dem Messschirm 20) vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen 19 nebeneinander angeordnet sind, wobei sich zumindest seitliche Bereiche zueinander benachbarter sekundärer Lichtverteilungen 19 gegenseitig überlappen. Dies kann dadurch erzielt werden, dass eine Grundform einer Lichtaustrittsfläche 18a der Projektionsoptik 18 derart moduliert wird, dass eine einzelne primäre Lichtverteilung 15 auf einer Lichtaustrittsfläche 16 einer Primäroptik 12 in eine Vielzahl von entsprechenden Teilbereichen der entsprechenden sekundären Lichtverteilung 19 überführt wird. Die Teilbereiche sind vorzugsweise gleich groß und mit gleicher Orientierung in horizontaler Richtung relativ zueinander verschoben und einander überlappend angeordnet. Die Gesamtheit aller aus einer bestimmten primären Lichtverteilung 15 hervorgehenden Teilbereiche bildet die entsprechende sekundäre Lichtverteilung 19. Auf diese Weise werden scharfe vertikale Helldunkelgrenzen 19a, welche die streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen 19 begrenzen, und damit bei einer ausgeschalteten Halbleiterlichtquelle 10 große Gradienten der Beleuchtungsstärke vermieden.The
Um die Höhe der Sekundäroptik 18 nach Möglichkeit ohne wesentliche Lichtstromverluste und damit die Bauhöhe des gesamten Lichtmoduls 7 verringern zu können, schlägt die Erfindung vor, dass im Strahlengang des Lichtmoduls 7 zwischen den Primäroptiken 12 und der Sekundäroptik 18 eine Zylinderoptik 30 angeordnet ist. Als eine Zylinderoptik im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Optik verstanden, die in den Horizontalschnitten keine Brechkraft oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft aufweist, bei der also die horizontalen Schnittkurven zumindest näherungsweise Geraden sind, und die in den Vertikalschnitten sammelnd wirkt, also ein Sammellinsenprofil oder ein Hohlspiegelprofil aufweist. Die vertikalen Schnittkurven müssen nicht zwangsläufig kreisförmig sein. Ferner müssen die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt nicht in einer Zylinderachse zusammenfallen.In order to be able to reduce the height of the
In dem Beispiel aus
Die Sekundäroptik 18 bildet zusammen mit der Zylinderoptik 30 ein Optiksystem, das auf die Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 fokussiert. Die Zylinderlinse 30 reduziert den Abstrahlwinkel der Primäroptiken 12 in vertikaler Richtung. Dadurch kann die Höhe der Projektionslinse 18 deutlich verringert werden. Ein Strahlengang 32' ohne Verwendung der Zylinderlinse 30 mit zugehöriger großer Projektionslinse 18' ist in
Die Zylinderoptik weist in allen Horizontalschnitten (senkrecht zu den vertikalen Helldunkelgrenzen 19a der sekundären Lichtverteilungen 19 bzw. der Streifenmatrix) keine oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft auf. In diesen Schnitten zeigt die Zylinderlinse 30 gleiche Wandstärken. In den Vertikalschnitten wird die Brechkraft der Zylinderoptik dagegen maximal. Hier weist die Zylinderlinse 30 die größten Wanddickenunterschiede zwischen Linsenmitte und Linsenrand auf.In all horizontal sections (perpendicular to the
Die Zylinderoptik (Zylinderlinse 30 oder Zylinderreflektor 33) erzeugt vorzugsweise den gesamten vertikalen Verlauf der Lichtverteilung 21. Die Sekundäroptik 18, 36 weist dabei in den Vertikalschnitten vorzugsweise keine Brechkraft auf, d.h. die Sekundäroptik 18 ist ebenfalls als eine Zylinderlinse ausgebildet. Dies betrifft den Spezialfall zweier gekreuzter Zylinderoptiken, deren Brennlinien sich in der Mitte der Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 kreuzen. Die Zylinderlinse 30 erfüllt vorzugsweise die Sinusbedingung, wonach gleiche Abbildungsmaßstäbe in allen Linsenzonen herrschen. Eine vertikale Brennlinie der Zylinderlinse liegt möglichst mittig auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12.The cylinder optics (
Ferner ist es denkbar, dass einer zylindrischen Grundform der Zylinderlinse 30 auf ihrer Lichtaustrittsfläche, die der Linse scharf abbildende Eigenschaften verleiht, eine Modulation überlagert ist. Diese Modulation ist funktional so definiert, dass die Zylinderlinse 30 wenigstens eine optische Fläche aufweist, welche die Grundform so moduliert, dass die Zylinderlinse 30 eine Einzellichtverteilung der primären Lichtverteilung 15 in eine Vielzahl von zweiten Teilbereichen einer Abbildung 38 der primären Lichtverteilung 15 überführt, die gleich groß und mit gleicher Orientierung gegeneinander verschoben überlappend angeordnet sind. In struktureller Hinsicht wird die Modulation bei der beschriebenen Ausgestaltung der Zylinderlinse 30 durch eine erste wellenförmige Deformation der optischen Fläche erzeugt, die der Grundform überlagert ist und die mindestens eine konkave und eine konvexe Halbwelle umfasst. Die wellenförmige Deformation besitzt eine zum Teil zylindrische Form, deren Zylinderachse parallel zur Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung ausgerichtet ist. Die wellenförmige Deformation der Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse 30 ist ein Bestandteil der letzten optischen Fläche in einem die primäre Lichtverteilung 15 in das Abbild 38 überführenden Strahlengang ist.Furthermore, it is conceivable that a cylindrical basic shape of the
Der LED-Chip 17 liegt zwischen der in diesem Beispiel als Linse 12 ausgebildeten Primäroptik und deren objektseitigem Brennpunkt F. Der LED-Chip 17 wird durch die Linse 12 so vergrößert, dass das (aufrechte) virtuelle Bild 17' des Chips 17 (in Lichtaustrittsrichtung vor dem objektseitigen Linsenbrennpunkt F) etwa gleich groß ist wie die Linse 12, d.h. B'LED ≈ T. Für die angegebenen Größen gelten näherungsweise folgende Zusammenhänge:
1 x BLED ≤ T ≤ 4 x BLED The
1 x B LED ≤ T ≤ 4 x B LED
Die Sammellinsen 12 des Linsenarrays dienen nicht zur Erzeugung reeller Zwischenbilder der Lichtquellen 10 bzw. der Licht emittierenden Fläche 17, sondern bilden lediglich eine ausgeleuchtete Fläche (die primäre Lichtverteilung 15) auf der Lichtaustrittsfläche 16 der Sammellinsen 12. Die Lichtquellen 10 sind derart zwischen den Lichteintrittsflächen der Linsen 12 und den objektseitigen Brennpunkten F der Linsen 12 angeordnet, dass die Ränder der LED-Chip-Flächen 17 auf geometrischen Verbindungen von den Brennpunkten F zu den Linsenrändern liegen. Die Abstrahlflächen 17 der Lichtquellen 10 sind senkrecht zu den optischen Achsen der Linsen 12 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Linsen 12 und auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Linsen 12 eine besonders homogene Lichtverteilung, die sog. Zwischenlichtverteilung oder primäre Lichtverteilung 15. Diese primären Lichtverteilungen 15 werden durch die Sekundäroptikanordnung 18, 36 zur Erzeugung der resultierenden Gesamtlichtverteilung 21 des Lichtmoduls 7 auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug abgebildet. Die optischen Achsen der Einzellinsen 12 des Linsenarrays verlaufen alle in einer Ebene, bevorzugt sind sie parallel zueinander. Wenn das Lichtmodul 7 keine abgeknickte optische Achse 24 aufweist (vgl. bspw.
In
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Zylinderoptik in allen Horizontalschnitten (senkrecht zu den vertikalen Helldunkelgrenzen 19a der sekundären Lichtverteilungen 19 bzw. der Streifenmatrix) keine oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft auf. In diesen Schnitten ist die Krümmung eines Zylinderreflektors 33 gleich Null. In den Vertikalschnitten wird die Brechkraft der Zylinderoptik dagegen maximal. Der Zylinderreflektor 33 bzw. dessen Reflexionsfläche zeigt in den Vertikalschnitten maximale Krümmungen. Der zylindrische Reflektor 33 kann ein zumindest abschnittsweise parabelförmiges Profil aufweisen. Eine horizontale Brennlinie des Zylinderreflektors 33 liegt möglichst mittig auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12.In this exemplary embodiment, too, the cylindrical optics have no or at most a very low refractive power in all horizontal sections (perpendicular to the
In
Das den Primäroptiken 12 nachgeordnete Optiksystem, d.h. die Zylinderoptik 30; 33 und die Sekundäroptik 18; 36 (jeweils wahlweise als Linse oder als Reflektor ausgeführt), bilden die vertikalen Grenzen zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen 16 des Linsenarrays 12 als vertikale Helldunkelgrenzen 19a ab. Dabei werden die vertikalen Helldunkelgrenzen 19a im Wesentlichen durch die Sekundäroptik 18; 36 erzeugt und die Zylinderoptik 30; 33 weist in den dafür maßgeblichen Horizontalschnitten im Wesentlichen keine Brechkraft auf. Dies bedeutet, dass in Horizontalschnitten durch das Optiksystem 30; 33 und 18; 36 gleiche optische Weglängen zwischen den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 und den zugeordneten Rändern (= vertikale Helldunkelgrenzen) 19a der Matrix-Lichtverteilungen 19 vorliegen. Die Lichtaustrittsfläche 18a der Projektionslinse 18 wird darüber hinaus vorzugsweise mit einer zumindest horizontal streuenden Mikrostruktur versehen.The optical system downstream of the
Ein Zylinderreflektor 33 gemäß den Ausführungsbeispielen der
Der Zylinderreflektor 33 erzeugt im Gegensatz zu einem Rotationshyperboloid keine gedrehten Abbilder der Lichtquelle 10 bzw. derLicht emittierenden Fläche 17 und keine Koma. Ferner gibt es keinen negativen Einfluss auf die Objektfeldwölbung bzw.Randschärfe der Pixel 19.Die Helldunkelgrenzen 19a der Matrix-Lichtverteilungen 19 bleiben in ihrer Schärfe bzw. in ihrer definierten Unschärfe (wenn eine streuende Sekundäroptik 18 eingesetzt wird) erhalten.- Ein Öffnungswinkel der Strahlenbündel, welche die
Primäroptiken 12 inRichtung der Sekundäroptik 18, verlassen, kann durchden Zylinderreflektor 33 in den Vertikalschnitten wesentlich reduziert werden, wodurch sich im Unterschied zu einem ebenen Umlenkspiegel die erforderliche Öffnung derSekundäroptik 18, (Linsenhöhe bzw. Reflektorhöhe) deutlich verringert.
- In contrast to a rotational hyperboloid, the
cylinder reflector 33 produces no rotated images of thelight source 10 or the light-emittingsurface 17 and no coma. Furthermore, there is no negative influence on the object field curvature or edge sharpness of thepixels 19. The light-dark boundaries 19a of thematrix light distributions 19 remain in their sharpness or in their defined blur (if a scatteringsecondary optics 18 is used). - An opening angle of the beams that leave the
primary optics 12 in the direction of thesecondary optics 18 can be significantly reduced in the vertical sections by thecylinder reflector 33, which, in contrast to a flat deflecting mirror, results in the required opening of the secondary optics 18 (lens height or reflector height). significantly reduced.
Mit Hilfe eines Zylinderreflektors 33 lassen sich also Baulänge des Lichtmoduls 7 und Bauhöhe der Sekundäroptik 18, deutlich verringern. Auf diese Weise können besonders kompakte, aber gleichzeitig effiziente Lichtmodule 7 und Scheinwerfer 1 für Kraftfahrzeuge realisiert werden. Die Erfindung bietet in den meisten Scheinwerferbauräumen Vorteile bzw. ermöglicht erst den Einbau eines Matrix-Fernlichtmoduls 7.With the help of a
In
In den
Claims (15)
- A light module (7) of a headlamp (1) for a motor vehicle, comprising- several semiconductor light sources (10) that can be individually activated, and are disposed in the manner of a matrix, adjacent to and/or above one another, for emitting light,- several primary optics (12) disposed in the manner of a matrix, adjacent to and/or above one another, allocated to the semiconductor light sources (10), for bundling at least a portion of the light emitted by the semiconductor light sources (10), and- a shared secondary optic (18; 36) for projecting secondary light distributions (19) on a roadway in front of the motor vehicle, such that the secondary light distributions (19) illuminate a high-beam region, wherein the secondary light distributions exhibit vertical light/dark borders (19a) generated by the secondary optic (18; 36), and wherein primary light distributions (15) are producible on light exit surfaces (16) of the primary optics (12), which can be projected onto the roadway in front of the vehicle by the secondary optics (18; 36) as the secondary light distributions (19), characterised in that a cylindrical optic (30; 33), which exhibits substantially no refraction in the horizontal cross-sections and exhibits light collecting characteristics in the vertical cross-sections, is disposed in the beam path of the light module (7) between the primary optics (12) and the secondary optic (18; 36).
- The light module (7) according to Claim 1, characterized in that the cylindrical optic (30; 33) has a cylinder axis (31; 35), which is oriented such that it is substantially horizontal and transverse to an optical axis (24; 24b) of the secondary optic (18; 36).
- The light module (7) according to Claim 1, characterized in that the cylindrical optic (30; 33) has a cylinder axis (31; 35), which is oriented such that it is transverse to an angle bisector of an angle spanning an optical axis (24a) of a primary optic (12) and an optical axis (24b) of the secondary optic (18; 36).
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 3, characterized in that the cylindrical optic is designed as a cylindrical lens (30) or as a cylindrical reflector (33).
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 4, characterized in that the secondary optic is designed as a projection lens (18) or as a secondary reflector (36).
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 5, characterized in that the primary optics (12) are designed as collecting lenses.
- The light module (7) according to Claim 6, characterized in that the semiconductor light sources (10) are disposed between the collecting lenses (12) and the object-side focal points (F) of the collecting lenses (12).
- The light module according to one of the Claims 1 to 7, characterized in that the cylindrical optic is designed as a cylindrical reflector (33), which is disposed in the beam path such that it folds the beam path.
- The light module (7) according to Claim 8, characterized in that the cylindrical reflector (33) folds the optical axis (24; 24a, 24b) of the light module (7) in a horizontal plane or a vertical plane.
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 9, characterized in that the cylindrical optic (30; 33) causes an anamorphic enlargement of the primary light distributions (15) on the light exit surfaces (16) of the primary optics (12) by a multiple thereof.
- The light module (7) according to Claim 10, characterized in that the secondary optic is designed as a projection lens (18), wherein the projection lens (18) exhibits a region at the top and bottom that is truncated, substantially horizontally.
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 11, characterized in that the secondary optic (18; 36) is designed such that the secondary light distributions (19) projected therefrom onto the roadway in front of the motor vehicle border one another directly, without overlapping of the secondary light distributions (19).
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 11, characterized in that the secondary optic (18; 36) is designed such that the secondary light distributions (19) projected therefrom onto the roadway in front of the motor vehicle are disposed adjacent to one another, wherein at least lateral regions of adjacent secondary light distributions (19) overlap one another.
- The light module (7) according to one of the Claims 1 to 13, characterized in that the light module (7) is designed for the targeted deactivation of individual semiconductor light sources (10), in the corresponding secondary light distribution (19) of which another road user has been detected, wherein the deactivation of the individual semiconductor light source(s) (10) occurs as a function of a signal from detection means for detecting the other road users in front of the motor vehicle.
- A headlamp (1) for a motor vehicle, comprising a housing (2) having a light exit aperture (4) closed by a transparent cover plate (5), and at least one light module (6, 7, 8) disposed in the housing (2), characterized in that at least one light module (7) of the headlamp (1) is designed according to one of the preceding claims.
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